【簡介：】先說結論：在高空，由于氧氣稀薄，發(fā)動機為了維持正常的推力，需要增大單位時間內(nèi)的進氣量來保證；可能有人要說，這不廢話嗎？的確是廢話，但本文的價值，在于揭示飛機和飛機發(fā)動機在高空下是

先說結論：在高空，由于氧氣稀薄，發(fā)動機為了維持正常的推力，需要增大單位時間內(nèi)的進氣量來保證；可能有人要說，這不廢話嗎？的確是廢話，但本文的價值，在于揭示飛機和飛機發(fā)動機在高空下是如何工作來保證進氣量的。辦法有兩個，一個是增大壓氣機轉速，讓空氣增壓比升高；另一個是飛機本身飛的要快。

由于空氣的稀薄程隨高度變化，而且是非線性的，在17公里出有一個拐點，過了這個拐點，空氣密度將隨高度的增加而劇烈變小。所以在高空狀態(tài)下，飛機要想盡辦法來增加進氣量，不然就死定了。

空氣壓強隨高度的變化曲線，可見當飛機在17高度時，此時的空氣壓強只有地面的1/10

我們就以使用最普遍的渦扇發(fā)動機來說明，飛機在高空如何保證推力滿足要求。渦扇發(fā)動機是：風扇-低壓壓氣機-高壓壓氣機-燃燒室-高壓渦輪-低壓渦輪-加力燃燒室的結構。任何空氣來流，都要線先在進氣口減速、預壓縮，然后通過流經(jīng)進氣道，由渦扇發(fā)動機的風扇吸入，并經(jīng)過低壓壓氣機和高壓壓氣機對空氣逐漸增壓，最終才會送到燃燒室進行燃燒，在這個過程中，稀薄的空氣在近似絕熱的條件下被逐漸壓縮成高壓空氣。

以F414-GE-400為例，說明航空渦扇發(fā)動機的結構

比如F-15配備的F100渦扇發(fā)動機，增壓比可達28.5：1，也就是說經(jīng)過高壓壓氣機后的壓縮空氣總壓將達到發(fā)動機進口總壓的的28.5倍；F-16配備的F110發(fā)動機更是可達到29.9-30.4：1；而民用的GE90X大涵道比甚至達到了十分變態(tài)的61：1！能夠給空氣增壓到如此高的程度，渦扇發(fā)動機壓氣機可以說功不可沒，壓氣機也承擔了十分惡劣的工況。也正因如此，高壓壓氣機也是除了發(fā)動機熱端以外第二難設計的部件。

那么壓氣機工作，本身也要有動力來源，它的動力來源是哪里呢？其實是靠后端燃氣渦輪的傳動來帶動旋轉的。一般來說發(fā)動機會設置兩級渦輪，分別是高壓渦輪和低壓渦輪。低壓渦輪和低壓壓氣機以及風扇通過傳動軸連接，高壓壓氣機和高壓渦輪通過另一根獨立的傳動軸傳動。這樣，壓氣機可以自由調(diào)節(jié)轉速，使風扇和渦輪都各自工作在最佳狀態(tài)，滿足各種狀態(tài)下的進氣要求，以及避免喘振事故的發(fā)生。

兩級傳動的渦扇發(fā)動機，分別用綠色和紫色代表兩個傳動組

除此之外，飛機在高空必須滿足一定的最小速度，才能保證發(fā)動機的正常循環(huán)，而這個最小速度要比飛機在低空時的失速速度要大的多了。在20公里以上的高空，一般至少要達到1倍多音速的速度才行。為啥呢？其實這也是為了發(fā)動機的保證進氣量足夠。因為單位時間進氣量=截面積X空氣相對流動速度X空氣密度，高空空氣稀薄，因此空氣密度??；只有達到一定速度時，空氣的流量才能滿足發(fā)動機最起碼的工作循環(huán)要求，否則推力不足，甚至可能導致熄火。而截面積是沒法改變的，所以只能改變空氣相對流動速度，也就是自己要飛的快一些。

如下圖是AL-31F發(fā)動機的推力曲線圖。橫坐標代表飛行馬赫數(shù)，縱坐標代表推力，每條曲線都代表一個高度下測到的推力?？梢钥吹?，在0高度時，飛機發(fā)動機的速度允許是0，而隨著高度增加，曲線的最小速度也就隨之增加，在20km高度時，速度不能小于1.4馬赫。而在每一種高度下，隨著飛行馬赫數(shù)增加，推力也隨之增加。這也說明飛機速度越快，單位時間進氣量越大，也就越能夠產(chǎn)生更高推力。所以一般高空飛機我們都叫高空高速飛機，只有飛得夠快，才有能產(chǎn)生足夠的推力維持升力平衡。有人說飛的快那阻力不也大嗎？確實，當飛機飛到一定速度時，阻力和推力就達到了平衡，就再也無法提速了，所以飛機都是有極限速度的。但是由于高空空氣稀薄，反而讓飛機的飛行阻力變低，所以一般飛機的極限速度都是在一定高度下的高空飛出來的。（當然了，不可能無限高，不然發(fā)動機沒法工作）。

AL-31F發(fā)動機推力曲線

只有像U-2這種特殊設計的，用超大展弦比和超大機翼面積的飛機才敢在高空飛低速。而像民用客機波音777，雖然發(fā)動機推力巨大，無奈它太重了，而且那個夸張的大涵道比發(fā)動機阻力也較大，飛不了高速，所以升限也就只有10000多米。

低速飛機能飛到25公里以上的也就U-2了

適合飛高空高速的戰(zhàn)斗機，其實長這樣

雖然有歷史上有少數(shù)飛機可以達到20公里以上高度的升限，比如U-2，SR-71，殲-8等，但是實際上高空高速現(xiàn)在意義已經(jīng)不大了，目前大多數(shù)的飛機實用升限都小于20公里。